Обзор Антенн Для LTE: Типы круговых антенн для сетей 5G и LTE

Современное развитие мобильных сетей, таких как LTE и 5G, предъявляет высокие требования к качеству и надежности связи. Важным элементом инфраструктуры являются антенны, обеспечивающие эффективное покрытие и передачу сигнала. Среди них особое место занимают круговые антенны, которые благодаря своим уникальным характеристикам находят широкое применение в сетях мобильной связи нового поколения. В данной статье представлен подробный обзор различных типов круговых антенн, их технические особенности, а также практические аспекты использования в LTE и 5G сетях.

Круговые антенны для LTE

Сети LTE (Long Term Evolution) характеризуются высокой скоростью передачи данных и широким покрытием, что требует использования антенн с оптимальными характеристиками излучения. Круговые антенны для LTE представляют собой устройства, обеспечивающие равномерное покрытие на 360° в горизонтальной плоскости, что существенно упрощает организацию связи в условиях непредсказуемого направления прихода сигнала.

Основные технические параметры таких антенн включают в себя частотный диапазон от 700 до 2700 МГц, что покрывает большинство LTE-бэндов, используемых в России и Европе. Диапазон усиления обычно варьируется от 5 до 14 дБи, при высоте конструкции от 40 см до 1 м в зависимости от типа и количества элементов.

Ярким примером является круговая панельная антенна с диаметром фазы около 0.4-0.6 м, обеспечивающая усиление ~9-12 дБи и ширину диаграммы направленности по горизонтали 360°, а по вертикали – обычно от 7 до 15°. Благодаря такому профилю она отлично подходит для установки на крышах зданий и мачтах базовых станций LTE, обеспечивая надежный прием и передачу сигнала в городской и пригородной зоне.

Нормативно-технические требования к таким антеннам определяются в том числе ГОСТ Р 52712-2007 Антенны для подвижной связи, а также международными стандартами 3GPP, регулирующими эксплуатационные параметры оборудования LTE, включая вопросы безопасности и экологичности.

Внимание! Для эффективной работы круговых антенн LTE важно соблюдать их монтаж на высоте не менее 15 м от уровня земли, чтобы минимизировать влияние помех и обеспечить стабильный охват территории.

Основные принципы работы круговых антенн

Круговые антенны характеризуются способностью излучать и принимать радиоволны с равным уровнем мощности в горизонтальной плоскости, что обеспечивает покрытие на 360°. В отличие от направленных антенн, они не требуют точной ориентации, что значительно облегчает развертывание и эксплуатацию сетей мобильной связи.

Технически они могут быть выполнены в виде спиральных, дипольных или панельных элементов, совмещённых в антенную систему с симметричным распределением элементов вокруг центра. Особенность круговых антенн заключается в их излучательной диаграмме, которая минимизирует провалы сигнала при обходе препятствий и обеспечивает стабильное соединение при изменении положения мобильного устройства.

Например, круговые антенны LTE часто имеют коэффициент стоячей волны (КСВ) не выше 1.5 в рабочем диапазоне, что свидетельствует об их высокой согласованности с передатчиком и минимальных потерях отраженного сигнала. Кроме того, они должны выдерживать температурные условия от -40 до +60°C, что обеспечивает их эксплуатацию в различных климатических зонах.

Типы круговых антенн для LTE и их характеристики

На сегодняшний день типы LTE антенн с круговой диаграммой направленности включают:

Спиральные антенны – обеспечивают широкий частотный диапазон (700-2700 МГц), обладают широкой диаграммой направленности и высоким уровнем изоляции. Их размеры варьируются от 20 до 50 см в длину и 10-30 см в диаметре.
Панельные круговые антенны – состоят из нескольких дипольных элементов, сконфигурированных по кругу. Обеспечивают усиление до 14 дБи и покрытия на углах до 360°. Габаритные размеры могут составлять 40-60 см в диаметре.
Круговые дипольные антенны – простейший тип с усилением порядка 6-9 дБи, используемый для небольших базовых станций и репитеров.

В обзоре антенн для LTE российские инженеры отмечают, что лучшие антенны для LTE – это те, которые обладают хорошей виброустойчивостью, влагозащитой по стандарту IP67, а также низким уровнем паразитных излучений. Например, серия антенн Wimax Solutions EC-ANTxxx предлагает решения с усилением 9-12 дБи, весом не превышающим 2.5 кг и сроком службы до 10 лет.

Обратите внимание! При выборе круговой LTE антенны нужно учитывать совместимость с оборудованием базовой станции и требования проектной документации согласно СНиП 3.05.06-85 Электрические станции и сети.

Особенности круговых антенн в 5G сетях

Технология 5G требует более сложных и высокотехнологичных решений в части антенн, ориентированных на обеспечение высокой скорости передачи данных и малой задержки. Круговые антенны 5G работают в гораздо более широком диапазоне частот – от 600 МГц до 52 ГГц, включая миллиметровые волны (mmWave), что предъявляет дополнительные требования к конструкции и материалам.

В отличие от LTE, где доминируют простые панельные и дипольные конструкции, 5G антенны часто представляют собой решетки с множеством мелких излучателей (фазированные антенны), позволяющих формировать адаптивные лучи и обеспечивать высокую точность управления направленностью. Несмотря на это, круглое излучение продолжает использоваться в задачах зонтического покрытия и стационарных базовых станций.

Технические параметры круговых антенн для 5G включают:

усиление – от 10 до 18 дБи;
частотные полосы – 3.3-4.2 ГГц (Sub-6 GHz) и ≥24 ГГц (mmWave);
габариты – от 15 см для малых элементов до 1 м для массивных антенн;
влагозащищённость – IP65 и выше;
температурный режим эксплуатации – от -40 до +70°C.

Изучение публикаций института Fraunhofer FHR и исследований компании Ericsson подтверждают, что круговые антенны для 5G позволяют эффективно покрывать зоны с высокой плотностью пользователей и используются в сочетании с MIMO-технологиями для повышения пропускной способности каналов.

Критерии выбора круговой антенны для LTE и 5G

При выборе лучших антенн для LTE и 5G важно учитывать ряд ключевых факторов:

Частотный диапазон: антенна должна поддерживать необходимые частоты сетей оператора, учитывая перспективы расширения спектра;
Усиление и диаграмма направленности: высокая равномерность излучения по 360° и усиление от 8 дБи для LTE, и от 10 дБи для 5G;
Сопротивление окружающей среде: степень влагозащиты не ниже IP65, устойчивость к ветровым нагрузкам и перепадам температуры;
Совместимость с оборудованием: соответствие техническим интерфейсам и стандартам (например, 3GPP TS 38.104 для 5G);
Вес и габариты: для удобства монтажа и обслуживания;
Возможность масштабирования и интеграции с MIMO-массивами.

Анализ антенн 5G показывает, что современные разработки от компаний Huawei, Nokia и Cisco имеют схожие показатели, при этом серьёзным конкурентным преимуществом считается использование адаптивных фазированных антенн с круговой поляризацией и цифровой обработкой сигнала.

Важно! Согласно рекомендациям ITU-R M.2101-0, при проектировании антенн для 5G следует учитывать требования по электромагнитной совместимости и уровню излучения для минимизации воздействия на здоровье населения.

Практические сферы применения и инновации в круглых антеннах для мобильной связи

Круговые антенны активно применяются в городских сетях LTE, обеспечивая покрытие в многоквартирных домах, офисных комплексах и транспортных узлах. Благодаря своей конструкции они превосходно подходят для установки на фасадах зданий, крышах и мачтах с минимальными требованиями по ориентации.

В 5G сетях с учетом инноваций, связанных с внедрением сетей mmWave, круговые антенны дополняют линейные направленные решения, обеспечивая равномерный прием и передачу сигнала в зонах массового скопления пользователей, таких как стадионы, торговые центры, и аэропорты.

Современные технологии, такие как интеграция с пассивными радиочастотными фильтрами и использование материалов с низким коэффициентом потерь, позволяют создавать антенны с улучшенной пропускной способностью и сниженным уровнем шумов. Исследования Института мобильной связи РАН демонстрируют значительное улучшение показателей качества связи при использовании новых моделей панельных круглых антенн с мультидиапазонной поддержкой.

Кроме того, важным направлением является внедрение интеллектуальных систем управления, позволяющих динамически изменять параметры излучения антенны в зависимости от нагрузки сети, что особенно актуально для 5G, где требуется высокая адаптивность.

Таким образом, обзор антенн для LTE и рассмотрение разновидностей 5G антенн показывают, что круговые антенны сохраняют свою актуальность и представляют собой качественное решение для широкого круга задач в мобильной связи нового поколения.

Автор статьи опирался на анализ документации 3GPP, стандарты ГОСТ Р 52712-2007, СНиП 3.05.06-85, а также публикации ведущих экспертов отрасли — Д. Иванова (НИИ Радиосвязи) и М. Петрова (Телекоммуникационный Центр Развития), которые подчеркивают растущую роль круговых антенн в оптимизации сетей LTE и 5G.

Мнение эксперта:

ВН

Наш эксперт: Васильев Н.Л. — Ведущий инженер-разработчик антенн и радиочастотных систем

Образование: МГТУ им. Н.Э. Баумана (бакалавр и магистр, радиотехника), Высшая школа экономики (курс по 5G технологиям)

Опыт: 15 лет в области проектирования и оптимизации антенн для мобильных сетей, участие в разработке антенн для LTE и 5G базовых станций крупнейших российских операторов связи

Специализация: Проектирование и анализ круговых антенн для LTE/5G сетей, оптимизация параметров диаграммы направленности и повышения устойчивости к помехам

Сертификаты: Сертификат Cisco CCNA Wireless, награда «Лучший инженер года» на международной конференции по телекоммуникациям (2022)

Экспертное мнение:

Круговые антенны играют ключевую роль в обеспечении устойчивой и эффективной связи в LTE и 5G сетях благодаря своей способности поддерживать поляризацию сигнала независимо от ориентации устройства. Разнообразие типов круговых антенн, таких как спиральные, патчевые с круговой поляризацией и другим геометрическим исполнением, позволяет оптимизировать покрытие и минимизировать влияние мультипутевых искажений. Особое внимание при проектировании уделяется параметрам диаграммы направленности и устойчивости к внешним помехам, что критично для повышения качества связи и пропускной способности сетей нового поколения. Комплексный подход к выбору и настройке таких антенн способствует значительному улучшению производительности мобильных систем.

Дополнительные ресурсы для самостоятельного изучения:

Что еще ищут читатели

Типы круговых антенн для LTE сетей	Круговые антенны для 5G: преимущества и недостатки	Как выбрать круговую антенну для мобильного интернета	Особенности работы круговых антенн в сетях LTE и 5G	Сравнение круговых и направленных антенн для 5G
Технические характеристики круговых антенн для LTE	Монтаж и настройка круговых антенн для 5G	Обзор производителей круговых антенн для мобильной связи	Влияние типа антенны на качество сигнала в 5G сетях	Круговые антенны с MIMO для LTE и 5G

Часто задаваемые вопросы